CN110775229A - 一种多功能仿生金枪鱼及其控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及水下仿生机器技术领域的一种多功能仿生金枪鱼及其控制方法，包括鱼头部、鱼身部分、背鳍件、臀鳍件、尾鳍件、柔性蒙皮、鱼骨框架，柔性蒙皮包覆鱼身部分并与鱼骨框架连接，鱼身部分的最宽处设有控制舱，控制舱内安装有控制面板；控制舱内设有浮潜舵机以及用于控制鱼身部分重心的重块，浮潜舵机安装在控制面板上并受控制面板控制，重块安装在浮潜舵机的旋转动力输出端上并可进行前后摆动旋转，以使得仿生金枪鱼可以实现自由浮潜，并且仿生金枪鱼能够借助尾部摆动提供前进的推力，以便于前进；而且，本发明还具有引诱鱼群、隐形、水体检测等多种功能。
Description
技术领域
本发明涉及水下仿生机器技术领域，具体来说，是仿生金枪鱼。
背景技术
随着陆地资源开发殆尽，而开发太空资源的科学技术水平还远远没有达到，人类已经把目光转向了海洋。然而海洋环境恶劣危险，人类的潜水深度极其有限，所以水下机器人成为了开发海洋以及获取海洋资源的重要工具。而仿生机器鱼作为一种可以实现水下集群游动的新型水下机器人在海洋资源勘探、水下目标搜寻等方面具有广阔的应用前景。现有的水下探测设备在水下复杂环境中执行任务时，其灵活性、隐蔽性、环境融入能力等较差，无法实现多样化功能需求。
发明内容
本发明的目的是提供一种多功能仿生金枪鱼及其控制方法，使其能在水体环境下实现自由浮潜、前进运动，并具有引诱鱼群、隐形、水体检测等功能。
本发明的目的是这样实现的：一种多功能仿生金枪鱼，包括鱼头部、鱼身部分、背鳍件、臀鳍件、尾鳍件、柔性蒙皮、鱼骨框架，所述柔性蒙皮包覆鱼身部分并与鱼骨框架连接，所述鱼身部分的最宽处设有控制舱，所述控制舱内安装有控制面板；所述控制舱内设有浮潜舵机以及用于控制鱼身部分重心的重块，所述浮潜舵机安装在控制面板上并受控制面板控制，所述重块安装在浮潜舵机的旋转动力输出端上并可进行前后摆动旋转。
进一步地，所述鱼骨框架包括前支撑架，所述前支撑架设置在鱼身部分前侧内部并与柔性蒙皮连接，所述鱼身部分包括受控制面板控制的前置舵机，所述前置舵机设置为关节舵机，所述前置舵机前侧与前支撑架和鱼头部连接以驱使仿生金枪鱼进行左右转向，所述前置舵机后侧与控制舱连接。
进一步地，所述鱼身部分还包括后置第一舵机、后置第二舵机、摆动架、尾活动架，所述鱼骨框架包括后支撑架，其中，所述后置第一舵机、后置第二舵机均设置为关节舵机，且均受控制面板控制；所述尾活动架的尾侧设有用于连接尾鳍件的尾鳍固定架，所述后置第二舵机后侧与尾活动架连接并用于驱使尾活动架进行左右摆动，所述后置第二舵机前侧与摆动架后侧连接，所述摆动架与后支撑架连接，所述后支撑架设置于鱼身部分内部的靠后侧并与柔性蒙皮连接，所述后置第一舵机前侧与控制舱连接，所述后置第一舵机后侧与摆动架连接并用于带动摆动架、后支撑架一同进行左右摆动。
进一步地，所述鱼头部的前端设有受控制面板控制的、用于诱导鱼类集群的LED集鱼灯。
进一步地，所述鱼头部的鱼眼位置设有传感器组，所述传感器组至少包括有温度传感器、浑浊度传感器。
进一步地，所述控制面板包括微处理器以及用于接收无线控制信号的蓝牙模块，所述微处理器设置为树莓派3B微处理器。
仿生金枪鱼的控制方法，至少依次包括如下步骤：
S1、打开岸上控制平台PC机，将各功能模块初始化；
S2、将整个金枪鱼放入水中，启动后置第一舵机和后置第二舵机，先驱使金枪鱼尾部进行摆动，同时通过浮潜舵机驱使重块前倾，使得鱼身部分的重心向前偏，使得金枪鱼下潜，在金枪鱼潜入到水下的指定深度后，浮潜舵机驱使重块复归原位，使得金枪鱼与水面平行；
S3、向控制面板发送信号以进行工作状态，通过预先编好的程序，执行预设任务，并通过传感器组采集水体环境信息；
S4、水体环境信息采集完成后通过控制面板的蓝牙模块传输到岸上控制平台PC机；
S5、通过浮潜舵机驱使重块后倾，使得鱼身部分的重心向后偏，同时启动后置第一舵机和后置第二舵机，驱使金枪鱼尾部进行摆动，以使金枪鱼上浮；
S6、岸上控制平台PC机发出返航命令，金枪鱼返回到岸上的初始位置。
本发明的有益效果在于：
1)由于设置了浮潜舵机以及重块，使得整个仿生金枪鱼具有重心调整的功能，以便于在水体中自由浮潜，而且由于设置了前置舵机、后置第一舵机、后置第二舵机，使得整个仿生金枪鱼具有灵活的航行能力，能够灵活地避开障碍物；
2)具有很好的水体环境检测能力，由于设置了传感器组，传感器组至少包括有温度传感器、浑浊度传感器，可以检测水体环境的温度、浑浊度参数，然后通过控制面板的蓝牙模块将水体环境的温度、浑浊度参数传送到诸如岸上控制平台PC机之类的控制平台上，以便及时获知待检水体环境信息。
附图说明
图1是本发明的外部结构示意图。
图2是本发明的内部结构示意图。
图3是控制舱的内部结构示意图。
图4是本发明的控制方法示意图。
图中，1鱼头部，1aLED集鱼灯，1b传感器组，2鱼身部分，201控制舱，202控制面板，202a电源，202b微处理器，202c控制元件组，203浮潜舵机，204重块，205前支撑架，206前置舵机，207后置第一舵机，208后置第二舵机，209后支撑架，210摆动架，211尾活动架，212尾鳍固定架，213尾鳍件，3柔性蒙皮，4背鳍件，5臀鳍件，6尾鳍件。
具体实施方式
下面结合附图1-4和具体实施例对本发明进一步说明。
如图1-3所示，一种多功能仿生金枪鱼，包括鱼头部1、鱼身部分2、背鳍件4、臀鳍件5、尾鳍件6、柔性蒙皮3、鱼骨框架，柔性蒙皮3包覆鱼身部分2并与鱼骨框架连接，鱼身部分2的最宽处设有密闭结构的控制舱201，控制舱201内安装有控制面板202；控制舱201内设有浮潜舵机203以及用于控制鱼身部分2重心的重块204，浮潜舵机203安装在控制面板202上并受控制面板202控制，重块204安装在浮潜舵机203的旋转动力输出端上并可进行前后摆动旋转，使得整个仿生金枪鱼具有重心调整的功能，以便于在水体中自由浮潜。
上述鱼骨框架包括前支撑架205，前支撑架205设置在鱼身部分2前侧内部并与柔性蒙皮3连接，鱼身部分2包括受控制面板202控制的前置舵机206，前置舵机206设置为关节舵机，前置舵机206前侧与前支撑架205和鱼头部1连接以驱使仿生金枪鱼进行左右转向，前置舵机206后侧与控制舱201连接。
上述鱼身部分2还包括后置第一舵机207、后置第二舵机208、摆动架210、尾活动架211，鱼骨框架包括后支撑架209，其中，后置第一舵机207、后置第二舵机208均设置为关节舵机，且均受控制面板202控制；尾活动架211的尾侧设有用于连接尾鳍件6的尾鳍固定架212，后置第二舵机208后侧与尾活动架211连接并用于驱使尾活动架211进行左右摆动，后置第二舵机208前侧与摆动架210后侧连接，摆动架210与后支撑架209连接，后支撑架209设置于鱼身部分2内部的靠后侧并与柔性蒙皮3连接，后置第一舵机207前侧与控制舱201连接，后置第一舵机207后侧与摆动架210连接并用于带动摆动架210、后支撑架209一同进行左右摆动。使用后置第一舵机207、后置第二舵机208可使得整个仿生金枪鱼具有良好的推进性能，使用前置舵机206使得整个仿生金枪鱼具有良好的变向能力。
上述鱼头部1的前端设有受控制面板202控制的、用于诱导鱼类集群的LED集鱼灯1a，充分利用鱼群的趋光性来集合鱼群，和生物鱼混在一起，生物鱼类的加入有利于提高仿生金枪鱼的任务隐蔽性、灵活性以及可扩展性，可有效解决水下隐身难的问题，进一步降低了隐身成本。
上述鱼头部1的鱼眼位置设有传感器组1b，传感器组1b至少包括有温度传感器、浑浊度传感器。以便检测水质，能够达到检测范围广、省时、省力，并且能够通过污染物的扩散模型很快的寻找出污染源，进而从根源上解决污染问题。
上述控制面板202包括微处理器202b以及用于接收无线控制信号的蓝牙模块，微处理器202b设置为树莓派3B微处理器。
如图4所示，该仿生金枪鱼的控制方法依次包括如下步骤：
S1、打开岸上控制平台PC机，将各功能模块初始化；
S2、将整个金枪鱼放入水中，启动后置第一舵机207和后置第二舵机208，先驱使金枪鱼尾部进行摆动，同时通过浮潜舵机203驱使重块204前倾，使得鱼身部分2的重心向前偏，使得金枪鱼下潜，在金枪鱼潜入到水下的指定深度后，浮潜舵机203驱使重块204复归原位，使得金枪鱼与水面平行；
S3、向控制面板202发送信号以进行工作状态，通过预先编好的程序，执行预设任务，并通过传感器组1b采集水体环境信息；
S4、水体环境信息采集完成后通过控制面板202的蓝牙模块传输到岸上控制平台PC机；
S5、通过浮潜舵机203驱使重块204后倾，使得鱼身部分2的重心向后偏，同时启动后置第一舵机207和后置第二舵机208，驱使金枪鱼尾部进行摆动，以使金枪鱼上浮；
S6、岸上控制平台PC机发出返航命令，金枪鱼返回到岸上的初始位置。
以上是本发明的优选实施例，本领域普通技术人员还可以在此基础上进行各种变换或改进，在不脱离本发明总的构思的前提下，这些变换或改进都应当属于本发明要求保护范围之内。
Claims (7)
1.一种多功能仿生金枪鱼，包括鱼头部(1)、鱼身部分(2)、背鳍件(4)、臀鳍件(5)、尾鳍件(6)、柔性蒙皮(3)、鱼骨框架，所述柔性蒙皮(3)包覆鱼身部分(2)并与鱼骨框架连接，其特征在于：所述鱼身部分(2)的最宽处设有控制舱(201)，所述控制舱(201)内安装有控制面板(202)；所述控制舱(201)内设有浮潜舵机(203)以及用于控制鱼身部分(2)重心的重块(204)，所述浮潜舵机(203)安装在控制面板(202)上并受控制面板(202)控制，所述重块(204)安装在浮潜舵机(203)的旋转动力输出端上并可进行前后摆动旋转。
2.根据权利要求1所述的一种多功能仿生金枪鱼，其特征在于：所述鱼骨框架包括前支撑架(205)，所述前支撑架(205)设置在鱼身部分(2)前侧内部并与柔性蒙皮(3)连接，所述鱼身部分(2)包括受控制面板(202)控制的前置舵机(206)，所述前置舵机(206)设置为关节舵机，所述前置舵机(206)前侧与前支撑架(205)和鱼头部(1)连接以驱使仿生金枪鱼进行左右转向，所述前置舵机(206)后侧与控制舱(201)连接。
3.根据权利要求2所述的一种多功能仿生金枪鱼，其特征在于：所述鱼身部分(2)还包括后置第一舵机(207)、后置第二舵机(208)、摆动架(210)、尾活动架(211)，所述鱼骨框架包括后支撑架(209)，其中，所述后置第一舵机(207)、后置第二舵机(208)均设置为关节舵机，且均受控制面板(202)控制；所述尾活动架(211)的尾侧设有用于连接尾鳍件(6)的尾鳍固定架(212)，所述后置第二舵机(208)后侧与尾活动架(211)连接并用于驱使尾活动架(211)进行左右摆动，所述后置第二舵机(208)前侧与摆动架(210)后侧连接，所述摆动架(210)与后支撑架(209)连接，所述后支撑架(209)设置于鱼身部分(2)内部的靠后侧并与柔性蒙皮(3)连接，所述后置第一舵机(207)前侧与控制舱(201)连接，所述后置第一舵机(207)后侧与摆动架(210)连接并用于带动摆动架(210)、后支撑架(209)一同进行左右摆动。
4.根据权利要求1所述的一种多功能仿生金枪鱼，其特征在于：所述鱼头部(1)的前端设有受控制面板(202)控制的、用于诱导鱼类集群的LED集鱼灯(1a)。
5.根据权利要求1所述的一种多功能仿生金枪鱼，其特征在于：所述鱼头部(1)的鱼眼位置设有传感器组(1b)，所述传感器组(1b)至少包括有温度传感器、浑浊度传感器。
6.根据权利要求1所述的一种多功能仿生金枪鱼，其特征在于：所述控制面板(202)包括微处理器(202b)以及用于接收无线控制信号的蓝牙模块，所述微处理器(202b)设置为树莓派3B微处理器。
7.根据权利要求1-6所述的仿生金枪鱼的控制方法，其特征在于，至少依次包括如下步骤：
S1、打开岸上控制平台PC机，将各功能模块初始化；
S2、将整个金枪鱼放入水中，启动后置第一舵机(207)和后置第二舵机(208)，先驱使金枪鱼尾部进行摆动，同时通过浮潜舵机(203)驱使重块(204)前倾，使得鱼身部分(2)的重心向前偏，使得金枪鱼下潜，在金枪鱼潜入到水下的指定深度后，浮潜舵机(203)驱使重块(204)复归原位，使得金枪鱼与水面平行；
S3、向控制面板(202)发送信号以进行工作状态，通过预先编好的程序，执行预设任务，并通过传感器组(1b)采集水体环境信息；
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S6、岸上控制平台PC机发出返航命令，金枪鱼返回到岸上的初始位置。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20200211 |
|
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |